TW200922425A - Structure and manufacturing method of circuit substrate board - Google Patents
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Description
200922425 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電路基板之製作技術,特別是 指一種具備高導熱絕緣性之電路基板之製作技術。 【先前技術】
在現有之電子裝置中,通常都會設置許多電子工 作元件,諸如:微處理器(Microprocessor)、半導體 晶片(Semi-conductor Chip)或發光二極體(Light Emitting Diode; LED)等,來執行各種預定之工作。 在戸、務運用層面上,通常必須在一電路基板上先佈設 一印刷電路,然後才能將電子工作元件配置在印刷電 路’藉以組成一印刷電路板。 同時’在電子工作元件執行各種預定之工作時, 通5會散發出熱能。在大多數的情況下,*若這些熱 能播法有效地被逸散’將不僅會影響到電子工作元件 ,正常運作’甚至還报可能會造成印刷電路板的損 ’在大多數的電路基板的結構設計中,多半 都會考慮到散熱的效果。 路而一卜、,ί,5又/刷電路時,特別是對於積體化電 % "必須考慮印刷電路以及電子工作元件 之〒性絕緣條件。特別是基於安全性的考量,這 ί條件通常必須滿足在特定崩潰電壓下,不 會造成印㈣路或電子工作元件損壞之原則。 咕广ί此ϋ之下’我國第專利公開號第200626031 、下間牙冉031號專利案)所提供之一種高導熱性 6 200922425 印刷電路板’就已明顯揭露出 將以’031號專利案為基礎3關技術,此’以下 技術提出具體之說明。幻舉—習知技術來對相關 睛參閱第一圖,其係顧+羽^ / 示意圖。如圖所示,—印刷^二、° 17刷電路板之結構 1卜-印刷電路12、_保護^反1包含一電路基板 導體晶片15。電路基板!; ‘由」:::斗14與-半 緣層112與一導熱絕緣層113戶U材f 111、一絕 覆設於基材層111之並中、、'、,。絕緣層m係 繼續再覆設於絕緣層m上表〇 則 提到,絕緣層Π2係由古專利案中特別 (Epoxy)所組成。、阿刀子、纟口構如環氧樹酯 印刷電路12係佈設於導熱絕緣 =13糸包覆絕緣層112,半導體 = 14而與印刷電路12雷,咕 71你猎由/干抖 μ 13 相連。在貫務運用層面上, 保護層13熱炫出-焊接口,藉以』 以藉由焊料14而與印刷電路12電性相連。 于 解,2 f所所十屬技術具有通常知識者皆能輕易理 供適當的電性絕緣條mi 心m气之熱傳導速率較差的緣故,因此, Γη = 4 由導熱絕緣層113傳送至絕緣層 時,只會緩慢地將熱能傳送至基材層in。 气抖當基材層111為鋁基板,絕緣層112為環 ,1 ( P〇Xy ) ’ 導熱絕緣層 Η 3 類鑽(Diamond Uke ar on,DLC)材料時,所測得之熱傳導速率如下: 土材層U1之熱傳導速率約為239 W/m . K ;絕緣層 7 200922425 U2之熱傳導速率約為〇.2〜4GW/m.K U3之熱傳導速率約為2000 w/m . κ。因此 體晶片15運作所產生之熱能快速地經由基材、 而傳送至絕緣層112後,在絕緣層1]2中,該埶 繼續傳遞至導熱絕緣層113之速度就會變得很^, 絕緣層112轉變成另一個相對熱源。 又 承以上所述,當基材層U1為鋁基板,絕緣層Η] 為環氧樹酯(EP〇Xy),導熱絕緣層113為類 (Diamond Like Cai,b〇n; DLC )材料時,所測之埶 ,係,如下:基材,U1 <熱膨脹 為、 23.8x1(m:;絕㈣112之熱膨 以 ;=/τ;導熱絕緣層⑴之熱膨脹係數ii 在製作電路基板11的過程中,雖然基材声 之熱膨脹係僅為絕緣層112之熱膨脹係數的〇 4S〜〇 48 倍,但是,由於絕緣層112之熱膨脹係數高達埶 緣層113之熱膨脹係數的33〜40倍,因此, 路基板11之製作,並使其冷純,在絕緣層;;^ 導熱絕緣層113之間會存在較大之熱殘留應力。^ 此,在裁切電路基板11時,容易導致導熱絕 自絕緣層112剝離(Peeling)的現象產生。 此外’就電路基板11本身之導埶條件 以上所述,由於絕緣層112會轉變成另個相對= 源’且該鄉對熱源位於相當接近半導體晶片15 ’、 置;因此,會致使電路基板11所能對半導 ft 提供之整體導熱性變得很差。 aaa 【發明内容】 200922425 本發明所欲解決之技術問題與目的: 綜觀以上所述,在習知技術中,由於絕緣層之導 熱性較差,以及在成形過程中,材料之間的熱膨脹量 變異量偏高的緣故,因此,普遍存在絕緣層的導熱性 較差,導熱絕緣層與絕緣層的熱膨脹係數差異過大, 容易殘留較大之熱殘留應力,以及整體之導熱絕緣條 件欠佳等缺點。 緣此’本發明之主要目的係提供'種電路基板之 製程,其主要係以一金屬氧化物所形成之一第一陽極 處理層與一第二陽極處理層取代習知由高分子結構 組成之絕緣層,藉以利用第一陽極處理層與第二陽極 處理層之熱傳導速率,優於習知絕緣層之熱傳導速率 的特性,提升整體之導熱效果。 本發明之次一目的係提供一種電路基板之製 程,其係結合電路基板之實際製作程序結合各材料之 熱膨脹特性,藉以在完成電路基板之製作後,減少殘 留於電路基板内部之熱殘留應力。 本發明之另一目的係提供一種一種電路基板之 製程,其中部分相鄰之結構係以同一金屬之氧化物與 氮化物所組成,藉以使相鄰結構之間的分子具備良好 之鍵結關係。 本發明解決問題之技術手段: 本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手 段係提供一種電路基板之製程,該製程係用以製作一 具備高導熱絕緣性之電路基板。該製程首先係製備一 具有一配置面與一散熱面之基材層,並在配置面與散 熱面分別進行一陽極處理作業,藉以分別形成一第一 9 200922425 陽極處理層與一第二陽極處理層。接著,在第二陽極 處,層上形成一導熱絕緣層,並在導熱絕緣層上形成 類鑽(Diamond Like Carbon; DLC)層。其中,基 材之熱膨脹係數大於第二陽極處理層之熱膨脹係 第二陽極處理層之熱膨脹係數大於導熱絕緣層之熱 膨月艮係數;且導熱絕緣層之熱膨脹係數大於DLC層之 熱膨脹係數。 在本發明較佳實施例中,第二陽極處理層可利用 一金屬之—金屬氧化物所組成,導熱絕緣層係由相同 金屬之一金屬氮化物組成,使導熱絕緣層與第二陽極 處理,之間的分子具備良好之鍵結關係。導熱絕緣層 係在第二陽極處理層上進行一真空濺鍍(Sputter)作 業 電漿氣相沉積(Plasma Vapor Deposition; PVD ) 作業、—化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition; CVD)作業或_ 一離子佈植u〇nImplantati〇n)作業 而成形。此外’ DLC層係在導熱絕緣層上進行一電漿 輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition; PECVD )作業、一 PVD 作業與一 CVD 作 業而成形。 本發明對照先前技術之功效: 由以上述可知,相較於習知技術所述之電路基 板’在本發明所提供之電路基板之製程中,由於第一 陽極處理層與第二陽極處理層之熱傳導速率優於習 知絕緣層之熱傳導速率,因此可有效提升整體之之熱 傳導速率。 β同時’由於在實際之製作程序中,先成形之第一 陽極處理層與第二陽極處理層之熱膨脹係數係依序 200922425 大於後績成形之導献 成電路基板之製作^ DLC層;因此,在完 殘留應力。此外,由㈣^留^路基板内部之熱 金屬氮化物組成、上ϋ緣層則可由相同金屬之 間的分子且備良^ ”,、'、,巴緣層與第二陽極處理層之 切利用:發: 生剝離的現象,^ ^作之電路基板時,比較不易產 了大幅提升電路基板之裁切良率。 例及實施例,將藉由以下之實施 【實施方式】 運用:電:基板製作技術,可廣泛 =故在此不再--贅述,僅列舉其中較佳之實施 例來加以具體說明。 (貫知 ――請參閱第二圖與第三圖,第二圖係顯示本發明第 貫施例之結構示意圖;第三圖係顯示本發明第一實 ^例可用卩製作印刷電路板之示意圖。如圖所示,一 电,基板2包含—基材層21、一第一陽極處理層22、 一第二陽極處理層23、一導熱絕緣層24與一類鑽 (Diamond Like Carbon ; DLC )層 25。 基材層21包含一配置面211以及—與配置面211 相反之散熱面212。第一陽極處理層22係覆設於配置 面211 ’第二陽極處理層23係覆設於散熱面212 ’導 熱絕緣層24係覆設於第二陽極處理層23,且DLC層 25係覆设於導熱絕緣層24。同時,基材層21之熱膨 脹係數大於第二陽極處理層23之熱膨脹係數;第二 200922425 ϊίί!里層、23之熱膨脹係數大於導熱絕緣層24之熱 么I二文,導熱絕緣層24之熱膨脹係數大於DLC層 25之熱膨脹係數。 八在實務運用層面上’基材層21可由鋁(A1)合 ,HCu)合金所組成。第—陽極處理層22與第 處理層23可由-金屬氧化物所組成,導熱絕 f ίί者,在本實施例中,第二陽極處理層23盥 所組成。壁^ .1别冋一金屬之氧化物與氮化物 声23可〇/弟—陽極處理層22與第二陽極處理 ^. Λ (Ai)之氧化物,即氧化銘(Αΐ2〇υ所 緣層24則由峨!)之氮化物,= -陽朽斤組成。顯而易見地,在此狀況下,第 具備良好之鍵結!^㈣緣層24之間的分子自然可 同時’當今托、層21為鋁基板,第一陽炸津饰β 22為氧化鋁(ΑΙΑ 败弗%極處理層 得之熱膨脹係數如下:Α^:ΠΑ1Ν)呀,所測 23.8xl〇Vc 1 材層21之熱膨脹係數約為 h 10,°C ;導執;==理J 23之熱膨脹係數約為 4Ax l〇'6/°C ; Dr rG \ ύ 之熱膨脹係數約為 1.5χ1〇·6/Τ,正好读足' +、L之熱膨脹係數約為 正好滿足上述熱膨脹係數之間的關係。 舉凡在所屬技術領域具有通常知 理解’從相鄰材料的熱膨脹係數數據來;,^:^易 之熱膨脹係數僅約為第二陽 束f t材層2i 數的3倍;第二陽極處理層23之“ 200922425 導熱絕緣層24之熱膨脹係 24之熱膨脹係數之熱 $ 倍;導熱絕緣層 膨脹係數的3倍。 1糸數僅約為DLC層25之熱 相較於習知技術,由於
之熱膨脹係數差距明顯較、、任本發明中,各相鄰材料 而易見地,在利用本發明又、袒f依序遞減,因此,顯 留於基材層21、第-陽h >供之電路基板2中,殘 與DLC層25之間的埶里層23、導熱絕緣層24 輕易理解’在對電路基“= 导:=可 述之剝離=二= 大巾田挺升$路基板2之裁切良率。 向 玖板2可供佈設—印刷電路3,並在印刷電 路3外包復一保護層4。最後再利用一焊料5穿過= 濩層4而使一電子工作元件6與印刷電路3電性相 連,藉以配置電子工作元件6。同時,在本實施例中 所述之電子工作元件6可為微處理器(Micro Processor)、半導體晶片(Semi-conductor Chip)或發 光二極體(Light Emitting Diode; LED)等可執行特^: 工作之電子工作元件。 電路基板2、印刷電路3、保護層4、焊料5與電 子工作元件6係組成一印刷電路板1〇〇。由於印刷電 路3、保護層4、焊料5以及電子工作元件6與電路 基板2之結合方式係與習知中所述之印刷電路12、保 護層13、焊料14與半導體晶片15相似或相同。因此, 以下就不再予以贅述。 對電子工作元件6而言,電路基板2中之第一陽 極處理層22、第二陽極處理層23、熱絕緣層24與 DLC層25可分別或共同為電子工作元件6提供—電 13 200922425 性絕緣條件。 ^如第三圖所示,當電子工作元件6開始運作並執 艺一?作時,會產生一熱能。該熱能會依序經由 f :私極處理層22、基材層21、第二陽極處理層23 2 J J緣層24而傳送至DLC層25,然後再逸散至外 界故土兑。
於奴田ΛΪ5。為銘基板,第一陽極處理層22為氧 Al2d、 、Μ 2,第二陽極處理層23為氧化在呂 ^# 2,’. t熱絕緣層%為氛化紹(Α1Ν)時,所測 m速率如下:基材層21之熱傳導速率約為 、第二陽極處理層23之熱傳導速率約為 m.· Κ,導熱絕緣層24之熱傳導速率約為16〇 m K ’ DLC層25之熱傳導速率約為2〇〇〇 w/m . K。 顯而易見地,相較於習知技術所述之電路基板u,本 發明所提供之電路基板2確實具備較佳之導熱性。 ^此外,關於本發明第一實施例與習知技術之熱傳 V功效的比較,可由兩種檢測方法加以驗證。其中一 者為檢測電路基板n與2上所分別設置之一發光二 ϊ ί iLight Emitting Di°de; led )之亮度與電▲之間 匕關係;另—者驗測該led投射光束之波長 與電流之間的變化關係。 ,進行冗度與電流之間的變化關係檢測中,可得 冗度-電流曲線圖(Ldcurvd。由亮度-電流曲線 圖上_I curve)可知,在習知技術中,電路基板u 電流大約只能達到35GmA時,咖就因高溫 然而,本發明第一實施例中,電路基板2之 上規達到5〇〇mA後,LED才會因為高溫而損毀。 象表不由於電路基板2散熱效果較佳,表面溫度 14 200922425 較低,故在電路基板2上之LED才能承受飽和電流 500mA所產生之熱能。 在進行LED投射光束之波長與電流之間的變化 關係檢測中,可得到一波長-電流曲線圖 (Wavelength-I curve )。由波長-電流曲線圖 (Wavelength-I curve )可知’在習知技術中,當所輸 入之工作電流為400mA時,設置於電路基板11上之 LED所發出光束之波長約為471.4nm ;然而,本發明 第一實施例中,當所輸入之工作電流為4〇〇mA時, 設置於電路基板2上之LED所發出光束之波長約為 462.5ηηι。由於在輸入相同工作電壓的狀況之下,設 置於電路基板11上之LED所發出光束之波長大於設 置於電路基板2上之LED所發出光束之波長,因此, 可利用「紅移(red-shift)現象」來推斷出電路基板 11之表面溫度較高。 在閱讀以上兩種檢測方法所得到之檢測結果 後相k舉凡在所屬技術領域中具有通常知識者皆可 輕易推斷出,相較於習知技術中的電路基板u,本發 明第一實施例所提供之電路基板2確實具備較佳之^ 傳導效果。 … 請參閱第四圖與第五圖,第四圖係顯示本發明第 二實施例之結構示意圖;第五圖係顯示本發明第二實 施例可用以製作印刷電路板之示意圖。如圖所示,本 貫施例與第一實施例之不同處在於:在本實施例中, 係以一DLC散熱鰭片組件25a取代第一實施例中之 DLC層25,藉以與基材層21、'第一陽極處理層22、 第二陽極處理層23以及導熱絕緣層24組成另一電路 基板2a。電路基板2a則與印刷電路3、保護層4、焊 料5與電子工作元件6則組成另一印刷電路板2〇〇。 15 200922425 關於以上所列舉之兩組實施例,皆可利用本發明 所提供之製程來加以製作。由於上述之第二實施例之 製作流程較為繁雜’也較具代表性,因此,以下將列 舉第二實施例所述之電路基板2a之結構來加以具體 說明。 ^ 請繼續參閱第六圖,其係顯示本發明第二實施例 之簡易流程圖。同時,請一併參閱第四圖與第五圖。 如圖所示’關於電路基板2a之製作程序,可依循以 下步驟。首先,先製備具被配置面211與散熱面212 之基材層21 (步驟110),並再配置面211與散熱面 212進行一陽極處理作業,藉以分別形成第一陽極處 理層22與第二陽極處理層23 (步驟120)。 接者’可在弟·一 極處理層23進行·一真空濺鍍 (Sputter)作業、一電漿氣相沉積(piasma Vapor Deposition; PVD)作業、一化學氣相沉積(chemical
Vapor Deposition; CVD )作業或一離子佈植(I〇n
Implantation)作業,藉以在第二陽極處理層23上形 成導熱絕緣層24 (步驟130)。 然後,可在導熱絕緣層24上進行一電漿輔助化 學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD )作業、上述之PVD作業或CVD 作業而形成DLC層25 (步驟140)。最後,在DLC 層25上進行一光學蝕刻作業,藉以使DLC層25成 為DLC散熱鰭片組件25a (步驟150)。 藉由上述之本發明實施例可知,本發明確具產業 上之利用價值。惟以上之實施例說明,僅為本發明之 較佳實施例說明,舉凡所屬技術領域中具有通常知識 者當可依據本發明之上述實施例說明而作其它種種 200922425 【圖式簡單說明】 第—圖係顯示習知印刷電路板之結構示意圖,· 圖係顯示本發明第—實施例之結構示意圖; 路板之示意圖〜例可用以製作印刷電 =係顯示本發明第二實施例之結構示意圖; 弟五圖係顯示本發明第二實施例可用以 路板之示意圖;以及 布丨電 第六圖係顯示本發明第_每 昂1細例之簡易流程圖。 【主要元件符號說明】 11 111 112 113 12 印刷電路板 電路基板 基材層 絕緣層 導熱絕緣層 印刷電路 保護層 13 200922425 14 焊料 15 半導體晶片 100 > 200 印刷電路板 2、2a 電路基板 21 基材層 211 配置面 212 散熱面 22 第一陽極處理層 23 第二陽極處理層 24 導熱絕緣層 25 類鑽(DLC)層 25a DLC散熱鰭片組件 3 印刷電路 4 保護層 5 焊料 6 電子工作元件 18
Claims (1)
- 200922425 十、申請專利範圍: L 一種電路基板,係供配置至少一電子工作元件,發散該工作 凡件運作時所產生之一熱能,並對該電子工作元件提供一電 性絕緣條件,該電路基板包括: —基材層’係包含一配置面以及一散熱面; —第一陽極處理層’係覆設於該配置面’以配置該電子工作 元件; —第二陽極處理層,係覆設於該散熱面; 一導熱絕緣層,係覆設於該第二陽極處理層,藉以傳導該熱 能;以及 —類鑽(Diamond Like Carbon; DLC)層,係覆設於該導熱 絕緣層’藉以發散該熱能。 其中,該基材層之熱膨脹係數大於該第二陽極處理層之熱膨 脹係數’该第一陽極處理層之熱膨脹係數大於該導熱絕緣層 之熱膨脹係數,且該導熱絕緣層之熱膨脹係數大於該 層之熱膨脹係數。 2. 如申請利細第1顿述之電路基板,其中,該第一陽極 處理層更佈設一印刷電路,以供配置該電子工作元件。 3. 如申請專利範圍第!項所述之電路基板,其中,該基材層係 19 200922425 由銘(A1)合金所組成。 4.如申請專利範圍第1 - 貝所述之電路基板,其中,該基材層俜 由銅(〇〇合金所組成。 可^係 5·如申請專利範圍第丨項所述之電路基板,其中,該第二陽極 處理層係由-金屬之—金屬氧化物所組成,藉以提供該電性 6.如申請娜_項_之電路基板,其中,該金屬係銘 (A1),該金屬氡化物係氧化銘(ai2o3 )。 ^申請她㈣51_叙瓣板,其中,該導熱絕緣 S係该金屬之一金屬氮化物。 8. 如申請專機,姻述之祕基板,其中,該金屬係銘 (A1),該金屬氮化物係氣化紹(ain)。 9. 如申鞠_第丨_叙電路基板,射 層係由氧化鈹(Be0)、石户㈣1 一象 ^ ’奴化矽(SlC)、鼠化石夕(Si3N4)與 氮化硼(BN)之其中—者所組成。 20 200922425 電路基板,其中,該DLC層 ίο.如申凊專利範圍第1項所述之 係一 DLC散熱鰭片組件。 11. 如申請專利範圍第】項所 南田s 尾路基板,其中,該第-陽極 處理層係域輪㈤…所組成。 12. -種電碰彻,她_物 之該電路基板,並且包含町步驟:㈣1頁所过 (&)製備該基材層; ⑼在該基材層之該配置面與該散熱面分別進行—陽極處 ^作業’偶分卿成該第—陽極處理層與該 處理層; ⑻在該第二陽極處理層上形成該導熱絕緣層;以及 ⑷在該導熱絕緣層上形成該Dlc層。 其中,該第二陽極處理層之導熱係數小於該導熱絕緣層之導 熱係數,且料熱絕緣層之導熱係數小於該DLC層之導敎 係數。 ” 13,如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,在 〜称⑻後’更包含—步驟①,其係在該層上進行一 光學飾刻作業,藉以使該DLC層成為-DLC散熱鰭片組件。 200922425 Μ.如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 • 導熱絕緣層係在該第二陽極處理層上進行一真空濺鍍 . (Sputter)作業而形成。 15.如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 導熱絕緣層係在該第二陽極處理層上進行一電浆氣相沉積 (Plasma Vapor Deposition; PVD )作業而形成。 f \ 16·如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 導熱絕緣層係在該第二陽極處理層上進行一化學氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition; CVD )作業而形成。 17. 如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 導熱絕緣層係在該第二陽極處理層上進行—離子佈植(ι〇η - Implantation)作業而形成。 18. 如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 DLC層係在該導熱絕緣層上進行—賴輔助化學氣相沉積 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositi〇n; PECVD )作 業而形成。 19·如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 22 200922425 DLC層係在該導熱絕緣層上進行—pvD作業而形成。 • 2〇.如申5月專利㈣® 12項所述之電路基板之製程,其中,該 DLC層係在該導熱絕緣層上進行—CVD作業而形成。 21. 如申w專她|§第12項所述之電路基板之製程,其中,該 基材層係由鋁(A1)合金所組成。 22. 如申睛專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 基材層係由銅(Cu)合金所組成。 23. 如申睛專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 第二陽極處理層係由-金屬之_金屬氧化物所組成。 24. 如申請專利範圍第23項所述之電路基板之製程,其中,該 金屬係鋁(A1),該金屬氧化物係氧化鋁(A12〇3 )。 25. 如申請專利範圍第23項所述之電路基板之製程,其中,該 導熱絕緣層係該金屬之一金屬氮化物。 26. 如申請專利範圍第25項所述之電路基板之製程,其中,該 金屬係鋁(A1),該金屬氮化物係氮化鋁(A1N)。 23 200922425 26. 如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 導熱絕緣層係由氧化鈹(BeO)、碳化矽(SiC)、氮化矽 (Si3N4)與氮化硼(BN)之其中一者所組成。 27. 如申請專利範圍第12項所述之電路基板之製程,其中,該 第一陽極處理層係由氧化銘(A1203 )所組成。 24
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